[发明专利]使用旋转凹面镜和光束转向设备的组合的2D扫描高精度LiDAR

说明书

本公开涉及使用旋转凹面镜和光束转向设备的组合的2D扫描高精度LiDAR。该系统包括被配置为提供第一光脉冲的第一光源。该系统还包括光学耦合到第一光源的一个或多个光束转向装置。每个光束转向装置都包括可旋转的凹面反射器和至少部分地设置在可旋转的凹面反射器内的光束转向设备。光束转向设备和可旋转的凹面反射器在相对于彼此移动时，这两者的组合：使一个或多个第一光脉冲既垂直地又水平地转向，以照射视场内的物体；获得一个或多个第一返回光脉冲，一个或多个第一返回光脉冲是基于照射视场内的物体的转向的第一光脉冲产生的；以及重新定向一个或多个第一返回光脉冲。

本申请是基于申请日为2017年12月20日、申请号为2017800032023、发明名称为“使用旋转凹面镜和光束转向设备的组合的2D扫描高精度LiDAR”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开整体涉及光检测和测距(LiDAR)，并且更具体地涉及用于扫描连续的光脉冲以照射视场中的物体并同轴地收集来自每个光脉冲的散射光以用于对视场中的物体进行测距的系统。

背景技术

为了减小LiDAR系统的尺寸，努力实现片上微机电系统(MEMS)使光脉冲转向以照射视场中的物体。这种片上解决方案减小了LiDAR系统的尺寸。然而，这些片上MEMS设计通常产生几毫米(小于5)或更小的光学孔横截面，这使得难以将位于较远距离(例如，100米)的物体反射的光脉冲和背景噪声信号进行区分。已经发现的是，较大的光学孔横截面提高了光的信噪比。然而，由于其系统配置，典型的LiDAR系统可能比较笨重并且价格不菲。这些系统可能不容易与车辆进行集成和/或可能与车辆集成的成本过高。因此，期望的是具有减小的尺寸和成本的高精度LiDAR系统。高精度LiDAR系统面临的一些挑战是减小LiDAR系统的尺寸，同时增大横截面收集光学孔。

发明内容

下文呈现了一个或多个示例的简要概述以便提供对本公开的基本理解。本发明内容不是对所有预期示例的充分综述，也并非意图确定所有示例的关键或决定性元素或者界定任何或所有示例的范围。其目的是以简化的形式呈现一个或多个示例的一些概念，以作为下文呈现的更详细的描述的序言。

根据一些实施方案，提供了一种光检测和测距(LiDAR)扫描系统。该系统包括被配置为提供一个或多个第一光脉冲的第一光源。该系统还包括光学耦合到第一光源的一个或多个光束转向装置。每个光束转向装置包括可旋转凹面反射器和光束转向设备，该可旋转凹面反射器和光束转向设备设置在这样的位置，该位置使得由可旋转凹面反射器或光束转向设备引导的光脉冲能够被光束转向设备或可旋转凹面反射器进一步引导至不同的方向。当光束转向设备和可旋转凹面反射器相对于彼此移动时，这二者的组合在垂直方向和水平方向两者上使一个或多个第一光脉冲转向以照射视场内的物体；获得一个或多个第一返回光脉冲，该一个或多个第一返回光脉冲是基于照射视场内的物体的转向的第一光脉冲产生的，并且将该一个或多个第一返回光脉冲重新定向至一个或多个返回光检测器。

附图说明

为了更好地理解各种所描述的方面，应结合以下附图参考下文的描述，附图中类似的附图标记在所有附图中指代对应的部分。

图1A示出了附接到车辆的多个同轴LiDAR系统。

图1B示出了具有位于凹面反射器内的多面体的示例性光束转向装置。

图1C示出了具有代替凹面反射器的摆动镜的示例性光束转向装置。

图2A示出了双眼LiDAR系统。

图2B示出了具有会聚透镜的同轴LiDAR系统。

图2C示出了具有会聚镜的同轴LiDAR系统。

图3示出了双同轴LiDAR系统。

图4A示出了示例性光束转向装置，该光束转向装置将发射光引导至正x轴和正z轴之间的某个方向并且从该方向收集散射光。